【STM32开发之寄存器版】（七）-PWM脉冲宽度调制

一、前言

PWM简介

PWM（脉宽调制）是一种通过调节信号的脉冲宽度来控制功率输出的技术。其基本原理是保持固定频率的信号，将其高电平和低电平的持续时间调整，达到控制平均功率的目的。应用方面，PWM广泛用于电机控制、LED调光、音频放大、以及电源管理等领域，因为它能有效提高能效并减少热量生成。

STM32F103ZET6的PWM

STM32F103ZET6的定时器，除了TIM6和TIM7，都可以用来产生PWM。高级定时器1和8甚至同时可以产生7路PWM输出，通用定时器也可以同时各自产生4路PWM输出。STM32定时器的脉冲宽度调制模式可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。如下图所示：

图中显示的是向上计数模式的PWM，且当 CNT<CCRx 时，输出 0，当 CNT>=CCRx 时输出 1。那么就可以得到如上的 PWM示意图：当 CNT 值小于 CCRx 的时候，IO 输出低电平(0)，当 CNT 值大于等于 CCRx 的时候，IO 输出高电平(1)，当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM 输出的频率，这就是 PWM 输出的原理。

本次DEMO目标

本次DEMO我们将使用TIM3的CH2，并将CH2重映射到PB5，产生PWM来控制DS0的亮度。

二、时钟树分析

对于时钟树的分析与【STM32开发之寄存器版】（六）-通用定时器中断 相同，供给TIM3的时钟TIM3CLK=72MHz，具体的时钟树配置如下图所示：

三、寄存器介绍

对于PWM的设置主要涉及以下几个寄存器：

下面将对这四个寄存器进行一一介绍：

3.1 TIMx_CCMR捕获/比较模式寄存器

《STM32中文参考手册》对TIMx_CCMR寄存器的描述如下：

TIMx_CCMR寄存器总共有 2 个，TIMx _CCMR1和 TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 2，而 TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 4。本文使用PB5，即TIM3_CH2，故仅需关注TIMx _CCMR1即可。

TIMx_CCMR1中的某些位，在输入和输出模式下具备不同的功能，因此将这个寄存器分为2层，上面这层表示输出，下面这层表示输入，本次DEMO仅需关注输出PWM。这里我们需要说明的是模式设置位 OCxM，此部分由 3 位组成。总共可以配置成 7 种模式，我们使用的是 PWM 模式，所以这 3 位必须设置为 110/111。这两种 PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。另外 CCxS 用于设置通道的方向（输入/输出）默认设置为 0，就是设置通道作为输出使用。

3.2 TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器

《STM32中文参考手册》对TIMx_CCER寄存器的描述如下：

对于这个寄存器，我们只用到了CC2E位，该位是输入/捕获 2 输出使能位，要想PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1。

3.3 TIMx_CCR捕获/比较寄存器

《STM32中文参考手册》对TIMx_CCR寄存器的描述如下：

对于TIM3，CCR寄存器共有4个，分别对应CH1-CH4，本文使用的PB5对应CH2，故我们仅需关注TIM3_CCR2寄存器。在输出模式下，该寄存器的值与 CNT 的值比较，根据比较结果产生相应动作。利用这点，我们通过修改这个寄存器的值，就可以控制 PWM 的输出脉宽了。本章，我们使用的是 TIM3 的通道 2，所以我们需要修改 TIM3_CCR2 以实现脉宽控制 DS0 的亮度。

3.4 AFIO_MAPR复用重映射和调试I/O配置寄存器

《STM32中文参考手册》对AFIO_MAPR寄存器的描述如下：

由于本文要使用TIM3的CH2输出PWM来控制DS0的亮度，但是TIM3_CH2默认接在PA7上面，而DS0接在PB5上面，因此需要通过重映射功能，将TIM3_CH2映射到PB5上。描述重映射的寄存器是AFIO_MAPR，我们只需要关注其TIM3_REMAP[1:0]位。在本DEMO中，我们要将TIM3_REMAP[1:0]设置为10，部分映像可以将CH2通道映射到PB5引脚上。

四、程序设计

本DEMO的程序主要涉及定时器3的PWM功能初始化和轮询主函数。

4.1 定时器3的PWM功能初始化

该部分代码位于HARDWARE/timer.c/TIM3_PWM_Init()，主要功能是完成定时器3时钟使能、PB5复用功能配置、PWM模式配置和使能。具体代码如下所示：

//TIM3 PWM部分初始化 
//PWM输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{		 					 
	//此部分需手动修改IO口设置
	RCC->APB1ENR|=1<<1; 	//TIM3时钟使能    
	RCC->APB2ENR|=1<<3;    	//使能PORTB时钟	
	GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF;	//PB5输出
	GPIOB->CRL|=0X00B00000;	//复用功能输出 	  	 
	   
	RCC->APB2ENR|=1<<0;     //开启辅助时钟	   
	AFIO->MAPR&=0XFFFFF3FF; //清除MAPR的[11:10]
	AFIO->MAPR|=1<<11;      //部分重映像,TIM3_CH2->PB5

	TIM3->ARR=arr;			//设定计数器自动重装值 
	TIM3->PSC=psc;			//预分频器不分频
	
	TIM3->CCMR1|=7<<12;  	//CH2 PWM2模式		 
	TIM3->CCMR1|=1<<11; 	//CH2预装载使能	   
	TIM3->CCER|=1<<4;   	//OC2 输出使能	   
	TIM3->CR1=0x0080;   	//ARPE使能 
	TIM3->CR1|=0x01;    	//使能定时器3 											  
}  	 

4.2 轮询主函数 

该部分代码位于USER/test.c，具体作用是不断改变TIM3的CCR2装载值，从而改变PWM占空比，实现DS0的亮度调整。具体代码如下所示：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h" 
#include "led.h" 
#include "timer.h" 
 
int main(void)
{					   
	u16 led0pwmval=0;    
	u8 dir=1;	
	Stm32_Clock_Init(9);	//系统时钟设置
	uart_init(72,115200);	//串口初始化为115200
	delay_init(72);	   	 	//延时初始化 
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
  	TIM3_PWM_Init(899,0);	//不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);	 
		if(dir)led0pwmval++;
		else led0pwmval--;	 
 		if(led0pwmval>300)dir=0;
		if(led0pwmval==0)dir=1;	   					 
		LED0_PWM_VAL=led0pwmval;	   
	}
}

五、上机实验

将代码烧录到STM32F103ZET6，可以观察到DS0的呼吸灯效果。如下所示：

至此完成PWM呼吸灯实验！